一种基于生成对抗网络与注意力机制的可见光和红外图像融合方法

针对低照度可见光图像中目标难以识别的问题,提出了一种新的基于生成对抗网络的可见光和红外图像的融合方法,该方法可直接用于RGB三通道的可见光图像和单通道红外图像的融合。在生成对抗网络中,生成器采用具有编码层和解码层的U-Net结构,判别器采用马尔科夫判别器,并引入注意力机制模块,使得融合图像可以更关注红外图像上的高强度信息。实验结果表明,该方法在维持可见光图像细节纹理信息的同时,引入红外图像的主要目标信息,生成视觉效果良好、目标辨识度高的融合图像,并在信息熵、结构相似性等多项客观指标上表现良好。     

改进生成对抗网络实现红外与可见光图像融合

红外与可见光图像融合技术能够同时提供红外图像的热辐射信息和可见光图像的纹理细节信息,在智能监控、目标探测和跟踪等领域具有广泛的应用。两种图像基于不同的成像原理,如何融合各自图像的优点并保证图像不失真是融合技术的关键,传统融合算法只是叠加图像信息而忽略了图像的语义信息。针对该问题,提出了一种改进的生成对抗网络,生成器设计了局部细节特征和全局语义特征两路分支捕获源图像的细节和语义信息;在判别器中引入谱归一化模块,解决传统生成对抗网络不易训练的问题,加速网络收敛;引入了感知损失,保持融合图像与源图像的结构相似性,进一步提升了融合精度。实验结果表明,提出的方法在主观评价与客观指标上均优于其他代表性方法,对比基于全变分模型方法,平均梯度和空间频率分别提升了55.84%和49.95%。     

基于改进生成对抗网络模型的红外与可见光图像融合

为增强融合图像的视觉效果,减少计算的复杂度,解决传统红外与可见光图像融合算法存在的背景细节丢失问题,提出了一种生成对抗网络框架下基于深度可分离卷积的红外与可见光图像融合方法。首先,在生成器中对源图像进行深度卷积与逐点卷积运算,得到源图像的特征映射信息;其次,通过前向传播的方式更新网络参数,得到初步的单通道融合图像;再次,在红外及可见光判别器中,使用深度可分离卷积分别对源图像与初步融合图像进行像素判别;最后,在损失函数的约束下,双判别器不断将更多的细节信息添加到融合图像中。实验结果表明,相比于传统的融合算法,该方法在信息熵、平均梯度、空间频率、标准差、结构相似性损失和峰值信噪比等评价指标上分别平均提高了1.63%、1.02%、3.54%、5.49%、1.05%、0.23%,在一定程度上提升了融合图像的质量,丰富了背景的细节信息。     

面向医学图像生成的鲁棒条件生成对抗网络

医学图像生成是计算机辅助诊断技术的关键组成,具有广泛的应用场景.当前基于生成对抗网络的端对端学习模型,依靠生成器和判别器两者对抗训练,获取真实数据的概率分布,从而指导图像生成.但标注有限的医学图像及其高分辨率特点,加大了模型训练难度,影响图像生成质量;同时,模型未纳入数据扰动因素,鲁棒性有限,容易被恶意攻击.为此,本文提出一个基于鲁棒条件生成对抗网络的医学图像生成模型——MiSrc-GAN.该模型包括精度渐进生成器、多尺度判别器以及对抗样本配对构造模块,有效融合GAN框架和对抗样本,改善判别器鲁棒性,有利于学习原始图像与待生成图像的联合概率分布.在真实数据集CSC和REFUGE上的实验表明,MiSrc-GAN生成的图像质量优于现有模型.     

基于相对生成对抗网络的低清小脸幻构

针对当前代表性低清小脸幻构方法存在的视觉真实感弱、网络结构复杂等问题,提出了一种基于相对生成对抗网络的低清小脸幻构方法(tfh-RGAN).该文方法的网络架构包括幻构生成器和判别器两个部分,通过像素损失函数和相对生成对抗损失函数的联合最小化,实现生成器和判别器的交替迭代训练.其中,幻构生成器结合了残差块、稠密块以及深度可分离卷积算子,保证幻构效果和网络深度的同时降低生成器的参数量;判别器采用图像分类问题中的全卷积网络,通过先后去除批归一化层、添加全连接层,充分挖掘相对生成对抗网络在低清小脸幻构问题上的能力极限.实验结果表明,在不额外显式引入任何人脸结构先验的条件下,该文方法能够以更简练的网络架构输出清晰度更高、真实感更强的幻构人脸.从定量角度看,该文方法的峰值信噪比相较之前的若干代表性方法可提高0.25～1.51 dB.     

利用自然语言文本描述进行图像编辑

本文研究了利用自然语言文本描述对图像进行编辑的多模态问题。本文的目标是,输入一张原始图像以及一句自然语言文本描述,输出一张经过编辑的图像,并且图像在满足给定自然语言文本描述的同时,保留与文本描述无关的其他细节。在本文中,整体网络采用生成对抗网络结构。在生成器部分,通过引入重构损失,实现模型对于文本描述无关图像区域的保持。通过引入文本图像相关度损失,以一种半监督的方式,对生成器的训练进行指导,从而实现更精细化的利用文本描述对图像进行编辑。在判别器部分,结合判别损失以及条件判别损失,指导生成器生成更具真实效果以及符合自然语言文本描述的图像。通过生成器和判别器的对抗训练,最终实现利用自然语言文本描述实现精准编辑图像。     

基于相对生成对抗网络的低清小脸幻构

针对当前代表性低清小脸幻构方法存在的视觉真实感弱、网络结构复杂等问题,提出了一种基于相对生成对抗网络的低清小脸幻构方法(tfh-RGAN)。该文方法的网络架构包括幻构生成器和判别器两个部分,通过像素损失函数和相对生成对抗损失函数的联合最小化,实现生成器和判别器的交替迭代训练。其中,幻构生成器结合了残差块、稠密块以及深度可分离卷积算子,保证幻构效果和网络深度的同时降低生成器的参数量;判别器采用图像分类问题中的全卷积网络,通过先后去除批归一化层、添加全连接层,充分挖掘相对生成对抗网络在低清小脸幻构问题上的能力极限。实验结果表明,在不额外显式引入任何人脸结构先验的条件下,该文方法能够以更简练的网络架构输出清晰度更高、真实感更强的幻构人脸。从定量角度看,该文方法的峰值信噪比相较之前的若干代表性方法可提高0.25～1.51 dB。     

生成对抗网络的发展与挑战

生成对抗网络（Generative adversarial network, GAN）由生成模型和判别模型构成,生成模型获取真实数据的概率分布,判别模型判断输入是真实数据还是生成器生成的数据,二者通过相互对抗训练,最终使生成模型学习到真实数据的分布,使判别模型无法准确判断输入数据的来源。生成对抗网络为视觉分类任务的算法性能的提升开辟了新的思路,自诞生之日起至今已经在各个领域产生了大量变体。本文的主要内容包括：生成对抗网络的研究现状、应用场景和基本模型架构,并列举了生成对抗网络本身所存在的弊端;从网络架构、损失函数和训练方式这三方面对生成对抗网络的各种主要典型发展进行归纳;详细总结和分析了生成对抗网络在人脸图像生成和编辑、风格迁移、图像超分辨率、图像修复,序列数据生成、视频生成等各个应用领域的算法以及对应算法的优缺点;介绍了生成对抗网络的常用评价指标并且分析了这些指标的适用场景和不足之处;最后从多个方面对生成对抗网络所面临的挑战进行了讨论,并指出了对其可能的改进方向。     

基于边缘保持和注意力生成对抗网络的红外与可见光图像融合

由于红外与可见光图像特征差异大,并且不存在理想的融合图像监督网络学习源图像与融合图像之间的映射关系,深度学习在图像融合领域的应用受到了限制。针对此问题,提出了一个基于注意力机制和边缘损失函数的生成对抗网络框架,应用于红外与可见光图像融合。通过引入对抗训练和注意力机制的思想,将融合问题视为源图像和融合图像对抗的关系,并结合了通道注意力和空间注意力机制学习特征通道域和空间域的非线性关系,增强了显著性目标特征表达。同时提出了一种边缘损失函数,将源图像与融合图像像素之间的映射关系转化为边缘之间的映射关系。多个数据集的测试结果表明,该方法能有效融合红外目标和可见光纹理信息,锐化图像边缘,显著提高图像清晰度和对比度。     

基于改进的生成对抗网络的动漫头像生成算法

针对大部分生成对抗网络在动漫图像的生成上会呈现出训练不稳定,生成样本多样性比较差,人物局部细节上效果不好,生成样本质量不高的问题,文章利用条件熵构造的一种距离惩罚生成器的目标函数,结合注意力机制提出一种改进模型MGAN-ED。模型主要包括融入多尺度注意力特征提取单元的生成器和多尺度判别器。采用GAM和FID进行评估,所做实验结果表明模型有效地解决了模式崩塌的问题,生成图像的局部细节更加清晰,生成样本质量更高。     

Stable self-attention adversarial learning for semi-supervised semantic image segmentation

The application of adversarial learning for semi-supervised semantic image segmentation based on convolutional neural networks can effectively reduce the number of manually generated labels required in the training process. However, the convolution operator of the generator in the generative adversarial network (GAN) has a local receptive field, so that the long-range dependencies between different image regions can only be modeled after passing through multiple convolutional layers. The present work addresses this issue by introducing a self-attention mechanism in the generator of the GAN to effectively account for relationships between widely separated spatial regions of the input image with supervision based on pixel-level ground truth data. In addition, the adjustment of the discriminator has been demonstrated to affect the stability of GAN training performance. This is addressed by applying spectral normalization to the GAN discriminator during the training process. Our method has better performance than existing full/semi-supervised semantic image segmentation techniques.     

Generative adversarial networks for hyperspectral image spatial super-resolution

It is becoming increasingly easier to obtain more abundant supplies for hyperspectral images ( HSIs). Despite this, achieving high resolution is still critical. In this paper, a method named hyperspectral images super-resolution generative adversarial network ( HSI-RGAN ) is proposed to enhance the spatial resolution of HSI without decreasing its spectral resolution. Different from existing methods with the same purpose, which are based on convolutional neural networks ( CNNs) and driven by a pixel-level loss function, the new generative adversarial network (GAN) has a redesigned framework and a targeted loss function. Specifically, the discriminator uses the structure of the relativistic discriminator, which provides feedback on how much the generated HSI looks like the ground truth. The generator achieves more authentic details and textures by removing the place of the pooling layer and the batch normalization layer and presenting smaller filter size and two-step upsampling layers. Furthermore, the loss function is improved to specially take spectral distinctions into account to avoid artifacts and minimize potential spectral distortion, which may be introduced by neural networks. Furthermore, pre-training with the visual geometry group (VGG) network helps the entire model to initialize more easily. Benefiting from these changes, the proposed method obtains significant advantages compared to the original GAN. Experimental results also reveal that the proposed method performs better than several state-of-the-art methods.     

Generative adversarial network-based atmospheric scattering model for image dehazing

This paper presents a trainable Generative Adversarial Network (GAN)-based end-to-end system for image dehazing, which is named the DehazeGAN. DehazeGAN can be used for edge computing-based applications, such as roadside monitoring. It adopts two networks: one is generator (G), and the other is discriminator (D). The G adopts the U-Net architecture, whose layers are particularly designed to incorporate the atmospheric scattering model of image dehazing. By using a reformulated atmospheric scattering model, the weights of the generator network are initialized by the coarse transmission map, and the biases are adaptively adjusted by using the previous round’s trained weights. Since the details may be blurry after the fog is removed, the contrast loss is added to enhance the visibility actively. Aside from the typical GAN adversarial loss, the pixel-wise Mean Square Error (MSE) loss, the contrast loss and the dark channel loss are introduced into the generator loss function. Extensive experiments on benchmark images, the results of which are compared with those of several state-of-the-art methods, demonstrate that the proposed DehazeGAN performs better and is more effective.     

基于改进生成对抗网络和MobileNetV3的带钢缺陷分类

针对数据集样本数量较少会影响深度学习检测效果的问题,提出了一种基于改进生成对抗网络和MobileNetV3的带钢缺陷分类方法。首先,引入生成对抗网络并对生成器和判别器进行改进,解决了类别错乱问题并实现了带钢缺陷数据集的扩充。然后,对轻量级图像分类网络MobileNetV3进行改进。最后,在扩充后的数据集上训练,实现了带钢缺陷的分类。实验结果表明,改进的生成对抗网络可生成比较真实的带钢缺陷图像,同时解决深度学习中样本不足的问题;且改进的MobileNetV3参数量是原有参数量的1/14左右,准确率为94.67%,比改进前提高了2.62个百分点,可在工业现场对带钢缺陷进行实时准确的分类。     

基于多流融合生成对抗网络的遥感图像融合方法

由于强大的高质量图像生成能力,生成对抗网络在图像融合和图像超分辨率等计算机视觉的研究中得到了广泛关注。目前基于生成对抗网络的遥感图像融合方法只使用网络学习图像之间的映射,缺乏对遥感图像中特有的全锐化领域知识的应用。该文提出一种融入全色图空间结构信息的优化生成对抗网络遥感图像融合方法。通过梯度算子提取全色图空间结构信息,将提取的特征同时加入判别器和具有多流融合架构的生成器,设计相应的优化目标和融合规则,从而提高融合图像的质量。结合WorldView-3卫星获取的图像进行实验,结果表明,所提方法能够生成高质量的融合图像,在主观视觉和客观评价指标上都优于大多先进的遥感图像融合方法。     

基于多通道GAN的图像去噪算法

针对图像采集和传输过程中所产生噪声导致后续图像处理能力下降的问题,提出基于生成对抗网络(GAN)的多通道图像去噪算法。所提算法将含噪彩色图像分离为RGB三通道,各通道基于具有相同架构的端到端可训练的GAN实现去噪。GAN生成网络基于U-net衍生网络以及残差块构建,从而可参考低级特征信息以有效提取深度特征进而避免丢失细节信息;判别网络则基于全卷积网络构造,因而可获得像素级分类从而提升判别精确性。此外,为改善去噪能力且尽可能保留图像细节信息,所构建去噪网络基于对抗损失、视觉感知损失和均方误差损失这3类损失度量构建复合损失函数。最后,利用算术平均方法融合三通道输出信息以获得最终去噪图像。实验结果表明,与主流算法相比,所提算法可有效去除图像噪声,且可较好地恢复原始图像细节。     

红外与可见光图像注意力生成对抗融合方法研究

目前,基于深度学习的融合方法依赖卷积核提取局部特征,而单尺度网络、卷积核大小以及网络深度的限制无法满足图像的多尺度与全局特性.为此,本文提出了红外与可见光图像注意力生成对抗融合方法.该方法采用编码器和解码器构成的生成器以及两个判别器.在编码器中设计了多尺度模块与通道自注意力机制,可以有效提取多尺度特征,并建立特征通道长...